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Los agujeros negros supermasivos consumen menos material de lo que se esperaba


 

Un equipo científico ha empleado los datos del telescopio espacial Chandra para determinar por qué su incremento de tamaño es menor de lo previsible.

Utilizando para ello el telescopio espacial de rayos X súper sensitivo Chandra, de la NASA, un equipo de astrónomos liderado por Q. Daniel Wang, de la Universidad de Massachusetts Amherst, ha resuelto un misterio de larga duración sobre por qué la mayoría de los agujeros negros supermasivos (Super Massive Black Holes, o SMBH), situados en el centro de las galaxias, tienen una tasa de crecimiento tan baja, lo que supone que se tragan una parte muy pequeña de los gases cósmicos disponibles, actuando como si se encontraran sometidos a una dieta muy severa.

“En principio, los agujeros negros supermasivos deberían succionar todo lo que tienen alrededor –explica Wang-, pero nosotros hemos descubierto que esto no es cierto”. Tradicionalmente, los astrónomos han considerado que, gracias a su intensa fuerza gravitacional, los SMBH devoraban toda clase de estrellas, polvo y otros materiales en cantidades épicas. Pero en los últimos años, utilizando las emisiones de rayos X como una medida de la cantidad de calor despedido por las más poderosas fuerzas gravitacionales, hallaron inesperadamente que la mayoría de los SMBH incrementaban su materia a un nivel muy bajo.

De hecho, la marca de las emisiones de rayos X de los SMBH, que procede de un área mucho más grande que los propios agujeros negros, es a menudo tan sorprendentemente débil que los objetos se distinguen con dificultad del centro de sus galaxias. “Ha supuesto un gran misterio saber cómo la mayoría de las señales de estos agujeros negros era tan débil”, detalla Wang, experto en análisis con rayos X del espacio profundo.

Ahora, aprovechando los largos tiempos de observación con el instrumental del Chandra y su detallado conocimiento del cercano SMBH Sagittarius A* (Sgt A*), situado a unos 26.000 años luz del centro de nuestra Vía Láctea, el equipo internacional que él dirige ha podido chequear los modelos de crecimiento más fuertes. Por primera vez, han podido señalar y discriminar entre fuentes de rayos X cercanas al Sgt A*, e identificar con exactitud cuáles eran las que alimentaban al SMBH. Los primeros datos sobre este estudio aparecen en el número actual de Science.

Para explicar las débiles señales de los rayos X, algunos astrónomos han teorizado acerca de que las emisiones de las regiones del alrededor del SMBH no tienen nada que ver con el propio agujero negro, pero sí con la concentración de estrellas de poca masa asociadas con los SMBH. “Se registra también –añade Wang- un importante número de jóvenes estrellas masivas y de estrellas de poca masa cerca de estos SMBH, por lo que hay mucha concentración de objetos en la zona central de la galaxia y es difícil asegurar qué es lo que está sucediendo ahí.

 



Imagen del agujero negro supermasivo Sagittarius A*, utilizado por el equipo científico para su estudio. Imagen cortesía de NASA.

“Las estrellas masivas llevan asociado un viento extremadamente alto, y esos vientos están colisionando y formando remolinos a velocidades muy altas, lo que eleva mucho la temperatura de los gases en estas zonas. Hemos encontrado que, en primer lugar, los SMBH tienen dificultades en incorporar estos gases. Pero, además, descubrimos que estos gases están demasiado calientes para que el agujero negro pueda tragárselos. En lugar de eso, rechaza el 99% de este material súper caliente, absorbiendo una pequeña cantidad de él. Esto tiene sentido, porque cuanto más calientes están los gases, más difícil es para el agujero negro incorporarlos a su interior”, continúa.

Una dieta de gases más fríos podría incrementar su tamaño de una manera más ordenada, pero la esfera de influencia de los SMBH y su capacidad tanto para crecer como para atraer nuevas materiales decrecen en cuanto asciende la temperatura de los gases, explica el científico.

Wang, que ha llevado a cabo este trabajo con el soporte de la NASA mientras disfrutaba de una estancia de cuatro meses sabáticos como astrónomo invitado del programa Raymond and Beverly Sackler Distinguished Visiting de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, matiza: “Ahora tenemos la resolución física y, por primera vez, hemos hecho una conexión entre la observación de los movimientos de las estrellas masivas alrededor de los agujeros negros y las emisiones de rayos X del material. Podemos descartar definitivamente que esos rayos X proceden de una concentración de estrellas de baja masa, ya que no vemos las señales energéticas que un escenario como ése hace predecible”.

Los astrónomos no sólo han detectado las fuentes de los rayos X, añade, sino que, por vez primera, pueden describir su forma, que es alargada. “Ahora conocemos qué tipo de material se introduce en el agujero negro, aunque saber cómo se produce exactamente ese fenómeno sigue siendo una cuestión pendiente”, matiza.

El resto del equipo que ha trabajado con Wang procede de las Universidades de Cambridge y Leicester, en el Reino Unido, del Massachusetts Institute of Technology, de la Universidad de Amsterdam, de la Chinese Academy of Sciences, de la Universidad Católica de Chile, de la University of California Berkeley, de la Université de Strasbourg, del Centre National de la Recherche Scientifique de París, de la Northwestern University, de la Nanjing University, de la Boston University y de la University of Maryland, College Park.

El centro de nuestra propia galaxia ofreció al equipo un excelente laboratorio para estudiar estas cuestiones porque, como desvela Wang, “sabíamos la clase de estrellas que se encuentran ahí, en nuestro centro”. Otro de los puntos fuertes del estudio, el instrumental del Chandra, ha aportado mejoras en su capacidad de resolución espectral. Además, los investigadores disfrutaron de un tiempo de observación sin precedentes de 3 megasegundos, al menos cinco semanas, con el Chandra X-ray Observatory.

“Necesitábamos esa extensión –concluye Wang, porque el objeto del estudio era tan débil que precisábamos de bastante intensidad de señal para procesar los datos y concentrarnos en esas emisiones inmóviles y para poder identificar las marcas de manera firme”.

 
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